1、生物三大工程极品教学案第2讲细胞工程第二讲 细胞工程考点导航 1举例说明植物的组织培养2简述动物的细胞培养与体细胞克隆3解释细胞融合与单克隆抗体知识网络应用：单克隆抗体特点：贴壁生长和接触抑制过程原理应用过程原理原理过程意义考点梳理（一）植物细胞工程 1原理：细胞全能性全能性表达的难易程度：植物细胞动物细胞（动物细胞只有细胞核具有全能性）；受精卵生殖细胞（配子、精子、卵细胞）体细胞； 幼嫩的细胞衰老的细胞。在体细胞中：分化程度低的分化程度高的 ，细胞分裂能力强的细胞分裂能力弱的。2基本技术：植物组织培养技术，植物体细杂交技术。（1）植物组织培养技术 过程：发 育或细胞人工种子胚状体人造胚乳和种
2、皮脱分化：高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程再分化：愈伤组织继续培养，重新分化成根或芽等器官的过程愈伤组织：排列疏松、无规则，高度液泡化的无定型状态的薄壁细胞 培养基的成分：（半）固体培养基，主要是矿质元素、蔗糖、维生素、植物激素等。 特点： 外植体的选择：花和幼嫩的组织脱分化较为容易，而植物的茎、叶和成熟的老组织则较难。另外制备外植体时应选取有形成层的部分，因为形成层细胞易脱分化。 严格的无菌条件：培养基上有细菌等微生物存在时，它们比植物细胞生长、繁殖得更快，而且它们会产生毒素，使培养的植物细胞很快中毒死亡。因此在培养过程中要求进行一系列的消毒、灭菌，并且要求无菌操作。 完全的
3、营养条件：离体的植物细胞失去了植物的自养能力，所以需要为其提供包括水、有机营养、矿质营养、维生素等营养物质。 光照：离体的植物细胞、组织和器官脱分化形成愈伤组织时，需避光处理；而愈伤组织再分化形成植物幼苗时，需光照处理。 激素调控：生长素含量高于细胞分裂素时，主要诱导植物组织脱分化和根原基的形成；当细胞分裂素的效应高于生长素时，主要诱导植物组织再分化和芽原基的形成。 地位：是培育转基因植物、植物体细胞杂交培育植物新品种的最后一道工序。（2） 植物体细胞杂交技术 原理：细胞膜的流动性、植物细胞的全能性 过程关键环节：A用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁， 获得有活力的原生质体；B原生质体间的融合： 融
4、合方法：物理法（离心、振动、电激） 化学法（聚乙二醇PEG） 植物细胞杂交与传统细胞杂交比较：传统杂交细胞杂交依据杂种优势细胞全能性、原生质体融合过程自然发生，在母体完成胚发育人工诱导融合，需组织培养本质精、卵两种生殖细胞结合，完成遗传物质的重新组合不同生物的体细胞融合，完成遗传物质的融合优点杂种第一代生长整齐、植株健壮、产量高、抗虫抗病能力强克服远源杂交不亲和障碍，实现不同种间的杂交缺点存在生殖隔离；杂种第二代会出现生长不齐、产量下降等现象很多理论、技术问题未解决，距离推广应用有一定差距目的获得杂种优势，提高产量获得优良性状应用范围种内种内、种间均可3植物细胞工程的实际应用：（1）植物繁殖的
5、新途径： 植物体快速繁殖 作物脱毒：取植物分生区附近，如茎尖、根尖，因很少被病毒感染，甚至无病毒，而被用来培育无病毒植株。 制作人工种子：利胚状体 + 人工种皮 单倍体育种：大大缩短了育种年限。（二）动物细胞工程 1 动物细胞培养（1）原理：细胞增殖（2）过程： （3）培养液的成分：液体培养基，包括无机盐、葡萄糖、维生素、氨基酸、动物血清（4）动物细胞生长特点：贴壁生长和接触抑制2动物体细胞核移植技术和克隆动物（1）选用去核卵(母)细胞的原因：卵(母)细胞比较大，容易操作；含有促使细胞核表达全能性的物质和营养条件。（2）哺乳动物核移植：胚胎细胞核移植和体细胞核移植体胚胎移植：动物排卵体外受精胚
6、胎母牛子宫试管牛（激素处理） （激素处理）核移植：克隆动物如：多利3动物细胞融合（单克隆抗体）（1）概念：动物细胞融合也称细胞杂交，是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。融合后形成的具有原来两个或多个细胞遗传信息的单核细胞，称为杂交细胞。（2）技术原理：1）单个B淋巴细胞产生单一抗体（但不能无限增殖）2）肿瘤细胞能无限增殖（但不能分泌单一抗体）3）细胞融合技术杂交瘤细胞（既无限增殖又分泌单一抗体）4）动物细胞培养技术大量培养杂交瘤细胞（获取大量单克隆抗体）（3）过程：a关键环节：用胰蛋白酶使细胞分散开再诱导融合b融合方法：除应用植物细胞杂交手段外，再加灭活的仙台病毒 (三) 植物组织培
7、养和动物细胞培养的比较比较项目植物组织培养动物细胞培养培养原理细胞全能性细胞增殖培养基物理性质固体液体化学成分营养物质、激素营养物质、动物血清培养材料常用植物幼嫩部位或花药常用动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织培养结果培育成植株培育成细胞株或细胞系培养目的快速繁殖、培育无病毒植株获得细胞或细胞产品等联系均为无菌操作,需要适宜的温度,pH值,O2等条件（四）动物细胞融合与植物体细胞杂交的比较：植物细胞杂交(番茄马铃薯植株)动物细胞融合(单克隆抗体)过程第1步原生质体的制备(酶解法)正常小鼠的处理(注射灭活抗原)第2步原生质体的融合(物、化法)动物细胞融合(物、化、生法)第3步杂种细胞的筛选
8、和培养杂交瘤细胞的筛选和培养第4步杂种植株鉴定提纯单克隆抗体(特异性强、灵敏度高)原理细胞膜的流动性、植物细胞的全能性细胞膜的流动性、细胞增殖融合前处理酶解法除去细胞壁：纤维素酶、果胶酶注射特定抗原法免疫处理正常小鼠促融因子物理法：电激、离心、振动化学法：聚乙二醇、CaCl2等物化法：与植物相同生物法：灭活的仙台病毒意义和用途(1)克服有性远缘杂交不亲和性(2)克服有性杂交的母系遗传，获得细胞质基因的杂合子，是研究细胞质遗传的有力手段有助于疾病的诊断、治疗、预防典例精析【例1】（2009浙江高考）用动、植物成体的体细胞进行离体培养，下列叙述正确的是A都需用CO2培养箱 B都须用液体培养基 C都
9、要在无菌条件下进行 D都可体现细胞的全能性【精析】CO2培养箱是通过在培养箱内模拟形成一个类似细胞在生物体内的生长环境如：恒定的酸碱度（pH值：7.2-7.4）、稳定的温度（37C）、稳定的CO2水平（5%）等，来对细胞进行体外培养的一种装置，动物体细胞一般生活在一个相对稳定的内环境中，对这方面的要求较严格，离体培养时需要使用，而植物细胞对环境有着更大的适应能力，故不需要；动物细胞培养时一般选用液体培养基，获得的只是细胞株或细胞系，并没有获得新的个体，所以不能体现细胞全能性，而植物组织培养一般用固体培养基，并能获得完整的植株，故B、D错误；动植物细胞培养基上有细菌等微生物存在时，它们比动植物细
10、胞生长、繁殖得更快，而且还会产生毒素，使培养的细胞很快中毒死亡，因此都必须在无菌条件下操作。【答案】 C【例2】（2009上海）回答下列有关植物组织培养的问题。（1）用于植物组织培养的植物材料称为_。（2）组织培养中的细胞，从分化状态转变为未分化状态的过程称为_。（3）在再分化阶段所用的培养基中，含有植物激素X和植物激素Y，逐渐改变培养基中这两种植物激素的浓度比，未分化细胞群的变化情况如下图所示，据图指出两种激素的不同浓度比与形成芽、根、愈伤组织的关系：1）当植物激素X与植物激素Y的浓度比等于1时，_；2）_；3）_；（4）若植物激素Y是生长素，在植物组织培养中其主要作用是_；则植物激素X的名
11、称是_。（5）生产上用试管苗保留植物的优良性状，其原因是_。【精析】本题主要考查植物组织培养相关基础知识及学生读表获取与处理信息能。【答案】（1）外植体（2）去分化（脱分化）（3）1）未分化细胞群经分裂形成愈伤组织； 2）当植物激素X与植物激素Y的浓度比大于1时，未分化细胞群分化形成芽； 3）当植物激素X与植物激素Y的浓度比小于1时，未分化细胞群分化形成根。（4）促进细胞的生长（伸长）、分裂和分化 细胞分裂素（5）组织培养形成试管苗的过程属于无性生殖，后代不发生性状分离。【例3】自然界中有一种含有叶绿体的原生动物眼虫，这说明植物的细胞器同样可以在某些动物细胞中存活。某同学提出问题“动物细胞与植
12、物细胞之间可以实现杂交吗？”他尝试设计出下列具体的实验方案。结合实验方案回答：实验原理：根据眼虫的特点，动物细胞和植物细胞之间在理论上是可以实现杂交的。实验步骤如下：（1）中选的植物材料细胞中，必须有的细胞器是 ；到要经历的过程是 ，（2）过程所用的酶是 和 （3）过程除了用电激之外，还可以用 、 等做诱导因素。（4）过程动物细胞体外培养需要满足的条件是 、 、 、 。（5）在整个实验过程中，要强调所用的器械的灭菌和实验人员的无菌操作，原因是 。 （6）在过程中，通常要添加血清，原因是 。（7）如果让动植物杂交种批量培养生产，可以用 技术。（8）动植物杂交种细胞是否有细胞壁？ 。理由是 。【精
13、析】本实验的原理就是根据眼虫中含叶绿体，从而认为动物细胞和植物细胞之间在理论上是可以实现杂交的，故所选用的植物细胞应含有叶绿体。 植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，去除细胞壁要用纤维素酶和果胶酶。 血清可以为动物细胞生存提供各种必需而人类还未完全弄清楚的营养成分；可以避免由于营养缺乏对结果的影响。 通过动物细胞培养技术获得大量的动植物杂交细胞，诱导发育成胚胎后，再通过胚胎移植技术就可以产生很多这样的动植物杂交种。 根据题意，杂交后的细胞的发育采用了动物胚胎的发育模式，不会产生细胞壁。【答案】 叶绿体 脱分化； 纤维素酶和果胶酶； 病毒、聚乙二醇（振荡、离心、生物、化学因素等）； 无菌、无毒的
14、环境，营养，温度，pH，气体环境； 各种杂菌可以在培养基上面迅速生长，培养基一旦被污染，迅速生长的各种杂菌不但会和培养物争夺营养，而且这些杂菌生长的过程中会生成大量对培养物有害的物质，导致培养物迅速死亡； 由于人们对细胞所需的营养物质还没有完全搞清楚，通常加入血清、血浆等一些天然成分（或动物血清中具有使动物细胞正常生长分裂的一些物质）（答案合理即可）； 动物细胞培养；无，因为胚胎在母体子宫中完成胚胎发育。【点拨】 本题考察了学生由图获得相关信息的能力及动物细胞融合中的各个环节，属于理解、应用层次的考查。 巩固演练1单克隆抗体制备过程中，骨髓瘤细胞和B淋巴细胞诱导融合后，要用特定培养基筛选出杂交
15、瘤细胞，在这种培养基上不能存活增殖的细胞是（ ）B淋巴细胞 小鼠骨髓瘤细胞 B淋巴细胞自身融合细胞 小鼠骨髓瘤细胞自身融合细胞 杂交瘤细胞 A B C D 【解析】 单克隆抗体制备过程中，骨髓瘤细胞和B淋巴细胞诱导融合时，发生了以下三种情况，未发生融合的细胞（B淋巴细胞，小鼠骨髓瘤细胞），自身融合的细胞（B淋巴细胞自身融合，小鼠骨髓瘤细胞自身融合），骨髓瘤细胞与单个淋巴细胞融合的杂交瘤细胞，杂交瘤细胞是制备单克隆抗体所必需的，因此，将其筛选出来。本题考查的是杂交瘤细胞筛选的机理和方法，使学生学会用学过的知识进行推理和判断。【答案】 A2下列关于细胞工程的叙述，错误的是 （ ） A. 电刺激可诱
16、导植物原生质体融合或动物细胞融合B. 去除植物细胞的细胞壁和将动物组织分散成单个细胞均需酶处理C. 小鼠骨髓瘤细胞和经抗原免疫小鼠的B淋巴细胞融合可制备单克隆抗体D. 某种植物甲乙两品种的体细胞杂种与甲乙两品种杂交后代的染色体数目相同【解析】 在植物体细胞杂交和动物体细胞融合时，均可采用离心、电刺激等物理方法或化学促融剂如聚乙二醇等方法；植物细胞的细胞壁会影响细胞的融合，故应在实验前用纤维素酶或果胶酶除去细胞壁，而动物细胞培养过程中存在着接触性抑制效应，故需要用胰蛋白酶进行处理成单个细胞，从而有利于细胞的培养；单克隆抗体的制备就是利用经抗原免疫过的小鼠B淋巴细胞与小鼠的骨髓瘤细胞融合再经筛选而
17、成的；甲乙两个品种的植物体细胞杂种相当于形成了异源四倍体，而甲乙两植物间的杂交形成的仍是二倍体，故染色体数目不可能相同。【答案】D。3下图为植物细胞融合及组织培养过程示意图。下列说法不正确的是 （ ） A植物体细胞杂交的最大优点是可以克服远缘杂交不亲和的障碍B杂种细胞经过和过程可以培育成杂种植株，说明杂种细胞具有全能性C尽管愈伤组织可以进行光合作用，但其培养基中仍需要糖类、氨基酸等有机营养D若A的基因型为Rr，B的基因型为Yy，则最终形成的杂种植株的基因型为RrYy【解析】植物细胞杂交的结果是两个植物体细胞中的遗传物质融合到一个细胞中去，故形成的杂种细胞基因应是两者之和；愈伤组织不能进行光合作
18、用，只能从培养基中吸取营养物质，故培养基中仍需要糖类、氨基酸等有机营养；【答案】 C4动物细胞融合的目的中最重要的是（ ）A克服远缘杂交不亲和性 B制备单克隆抗体C培养新物种 D生产杂种细胞 【解析】 利用植物细胞具全能性的特点，植物细胞杂交主要以克服远缘杂交不亲和的障碍，培育新品种为目的；但动物细胞的全能性受到限制，目前只见到高度分化的细胞核在去核卵细胞中表现全能性，还未见到融合细胞核表现出全能性的例子，因此，无法利用动物细胞融合技术来培育新物种。生产杂种细胞，不是细胞融合的主要目的，只是细胞融合后形成的结构的名称。【答案】 B【点拨】 如果对细胞融合的原理理解不透彻，容易误选D项，本题的关
19、键就是理解细胞融合的原理及过程，特别要与植物细胞融合相区别。5某同学在学习“细胞工程”时，列表比较了动植物细胞工程的有关内容，你认为错误的有几处 （ ）比较内容植物细胞工程动物细胞工程特殊处理酶解法去除细胞壁用胰蛋白酶处理后制成细胞悬浮液融合方法物理方法、化学方法、生物方法物理方法、化学方法典型应用人工种子、种间杂种植物单克隆抗体的制备培养基区别葡萄糖是离体组织赖以生长的成分动物血清不可缺少A0处 B1处 C2处 D3处【解析】 诱导植物细胞融合的常用方法是物理方法和化学方法，诱导动物细胞融合的常用方法除了物理方法和化学方法之外，还有生物方法；蔗糖是离体植物组织赖以生长的成分。 【答案】 C6
20、某小鼠的癌细胞具有氯霉素抗性，通过细胞核移植技术，将无氯霉素抗性的小鼠体细胞核取出，注入去核的小鼠癌细胞中，然后将这一重组细胞培养在含有氯霉素的培养基中，结果发现，该重组细胞不能分裂生长。这一实验可以说明： （ ） A该重组细胞具有氯霉素抗性 B氯霉素抗性属于细胞核遗传C该重组细胞可称为细胞株 D核移植过程中核基因发生了突变 【解析】 本题中的重组细胞是由具氯霉素抗性的小鼠癌细胞中的细胞质和无氯霉素抗性的小鼠体细胞核融合而成，在核移植过程中核基因是否发生了突变，该实验现象无法判断；这种重组细胞不能在含有氯霉素的培养基中生长，说明其不具有氯霉素抗性，则该抗性为细胞核遗传。【答案】 B7科研人员将
21、抗癌药物连接在单抗上制成“生物导弹”用于癌症治疗。“生物导弹”由两部分组成，一是“瞄准装置”，二是“杀伤性弹头”，分析下列有关描述，其中不正确的是 （ ）A“瞄准装置”由识别肿瘤的单克隆抗体组成B“弹头”由放射性同位素、化学药物和毒素等物质构成C“弹头”中的药物有选择杀伤肿瘤细胞的功能D“生物导弹”的制备应用了细胞工程【解析】“生物导弹”是指连接抗癌药物的单克隆抗体，这种抗癌药物可以杀死一切细胞，其自身并无特异性与选择性，但由于这种药物是结合在特定抗体上，当抗体与癌细胞特异性结合时，药物就被释放出来从而定向杀死癌细胞，因而“生物导弹”的选择性功能是抗体决定的，与药物无关。 【答案】 C8生物技
22、术的发展速度很快，已灭绝生物的“复生”将不再是神话。如果世界上最后一只野驴刚死亡，以下较易成为“复生”野驴的方法是 （ ） A将野驴的体细胞取出，利用组织培养技术，经脱分化、再分化，培育成新个体B将野驴的体细胞两两融合，再经组织培养培育成新个体C取出野驴的体细胞的细胞核移植到母家驴的去核卵细胞中，经孕育培养成新个体D将野驴的基因导入家驴的受精卵中，培育成新个体【解析】 动物细胞的全能性受到限制，A、B在现代技术条件下通过组织培养还无法实现。 通过基因工程只能保存个别基因，不能保存物种。 【答案】C9玉米是一种主要的农作物，为了提高玉米的产量，科学家在玉米育种中和栽培中作了大量的研究。如图是关于
23、玉米培养的过程，据图判断下列说法中错误的是 （ ） A从繁殖原理上分析，AD属于无性生殖。B植株D和G中的染色体组数不同CEG不能体现细胞的全能性DEF过程中获得的植株一般没有直接的使用价值即应用于大田生产。【解析】 EG是植物组织培养过程，同属于无性繁殖，也体现了细胞的全能性。D植株取材于由受精卵发育而成的玉米幼苗，为二倍体，其花药中花粉只含一个染色体组，由它通过无性繁殖发育成的G为单倍体，故两者染色体数不同；EF过程中获得的植株不能产生有功能的配子，即无法形成种子繁殖下一代，故没有直接的使用价值。 【答案】C 10小鼠体细胞含40条染色体，用小鼠的B淋巴细胞与小鼠骨髓瘤细胞融合，然后放入被
24、35P标记的培养液中培养，当杂交瘤细胞进入有丝分裂后期时，其含有的被35P标记的染色体条数是 （ ）A40 B80 C120 D160【解析】 本题考查的是细胞融合的实质。小鼠的B淋巴细胞和小鼠骨髓瘤细胞都应该是40条染色体，这样融合后的杂交瘤细胞应该含有80条染色体，当杂交瘤细胞进入有丝分裂后期时，染色体应该是160条。 【答案】 D11（2009山东） 人类在预防与诊疗传染性疾病过程中，经常使用疫苗和抗体。已知某传染性疾病的病原体为RNA病毒，该病毒表面的A蛋白为主要抗原，且疾苗生产和抗体制备的流程之一如下图：请回答：（1）过程代表的是 。（2）过程构建A基因表达载体时，必须使用 和 两种
25、工具酶。（3）过程采用的实验技术是 ，获得的X是 。（4）对健康人进行该传染病免疫预防时， 可选用图中基因工程生产的 所制备的疫苗。对该传染病疑似患者确诊时，可以疑似患者体内分离病毒， 与已知病毒进行 比较；或用图中的 进行特异性结合检测。【解析】（3）过程是将瘤细胞与B淋巴细胞融合的过程，获得的叫杂交瘤细胞，其具备了瘤细胞的无限增殖的特性和B淋巴细胞的产生抗体的特性，从而制备单克隆抗体。（4）题干中指出该RNA病毒表面的A蛋白为主要的抗原，故而可选用通过基因工程生产的A蛋白制备疫苗；确诊时为判断该病毒是否为题目中的RNA病毒，可以进行核酸序列的比对，也可以利用单克隆抗体具备特异性，利用抗A蛋
26、白的特异性单克隆抗体，通过能否特异性结合来判断病毒表面是否有A蛋白的存在，进一步进行检测是否为目的RNA病毒。【答案】（1）逆转录 （2）限制性核酸内切酶（限制酶、限制性内切酶） DNA连接酶（两空可以互换） （3）细胞融合 杂交瘤细胞 （4） A蛋白 核酸（基因）序列 抗A蛋白的单克隆抗体12回答下列有关动物细胞培养的问题：（1） 在动物细胞培养过程中，当贴壁细胞分裂生长到细胞表面相互接触时，细胞会停止分裂增增殖，这种现象称为细胞的 。此时，瓶壁上形成单层细胞，这种单层培养法的出现，对细胞培养的发展起了很大的推动作用。（2） 随着细胞传代次数的增多，绝大部分细胞分裂停止，但极少数细胞克服细胞
27、寿命的自然极限，获得 ，朝着等同于癌细胞的方向发展，该种细胞由于细胞膜上 减少，导致细胞间的黏着性 。（3） 在动物细胞体外培养过程中，一般要满足四个方面的条件：无菌、无毒的环境、营养、温度和pH和气体环境，其中在培养液中添加 ，以防培养过程中的污染；由于人们对细胞所需的营养物质还没有完全搞清楚，故在使用合成培养基时，通常需加入 等天然成分；气体环境主要是提供细胞所需的O2和CO2，其中O2的作用是 ，CO2的作用是 。（4）动物细胞培养可用于检测某种物质的毒性大小，若用被检测物质培养的细胞与对照组相比，发生变异的细胞数目所占的百分比大，则该物质的毒性大，判断的依据是 。【解析】 本题主要考查
28、动物细胞培养的相关知识，属识记内容。【答案】 接触抑制 不死性 糖蛋白 降低 抗生素 血清、血浆 提供细胞进行有氧呼吸 维持培养液的pH 物质的毒性越大，越容易导致细胞发生变异13（2009 福建理综）转基因抗病香蕉的培育过程如图所示。质粒上有Pst、Sma、EcoR、Apa等四种限制酶切割位点。请回答： （1）构建含抗病基因的表达载体A时，应选用限制酶 ， 对 进行切割。 （2）培养板中的卡那霉素会抑制香蕉愈伤组织细胞的生长，欲利用该培养筛选已导入抗病基因的香蕉细胞，应使基因表达载体A中含有 ，作为标记基因。（3）香蕉组织细胞具有 ，因此，可以利用组织培养技术将导入抗病基因的香蕉组织细胞培育
29、成植株。图中、依次表示组织培养过程中香蕉组织细胞的 。【解析】本题考查基因工程的有关知识。从图可看出，只有Pst、EcoR两种酶能保持抗病基因结构的完整性，所以构建含抗病基因的表达载体A时，应选用限制酶Pst、EcoR两种酶，对抗病基因的DNA和质粒进行切割。卡那霉素能抑制香蕉愈伤组织细胞的生长，欲利用该培养基筛选已导入抗病基因的香蕉细胞，应使基因表达载体A中含有抗卡那霉素基因，以此作为标记基因。香蕉组织细胞具有全能性，因此，可以利用组织培养技术将导入抗病基因的香蕉组织细胞培育成植株。图中、依次表示组织培养过程中香蕉组织细胞的脱分化和再分化。【答案】（1）Pst、EcoR 含抗病基因的DNA 、质粒 （2）抗卡那霉素基因（3） 全能性 脱分化
